用于機動車前照燈的光模塊的制作方法

用于機動車前照燈的光模塊的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于機動車前照燈的光模塊，具有多個光源、主光學單元以及次級光學單元，其中主光學單元布置為會聚從光源發出的光且轉移到中間光分布中，該中間光分布具有封閉的照亮平面，且其中次級光學單元具有物側的焦距，其中主光學單元和次級光學單元設置為使中間光分布以等于該焦距的間距在光程中位于次級光學單元之前。該光模塊的特征在于，光源的光出射面通過它們之間的間距彼此隔開且主光學單元布置為這樣來分配從光源發出的光，使得在中間光分布中看不見所述間距。
【專利說明】用于機動車前照燈的光模塊

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種根據權利要求1前序部分的機動車前照燈。

【背景技術】
[0002] 在此假設這樣的光模塊是已知的。機動車前照燈的光模塊是一種組件，其單獨地 或與同一個前照燈中或至少一個其他前照燈中的其他光模塊共同作用來當按規定地在機 動車中使用時在機動車前方產生符合規定的光分布。
[0003] 這個作為假設已知的光模塊具有多個光源、一個主光學單元以及一個次級光學單 元，其中該主光學單元布置為會聚從光源發出的光且將它們轉移到中間光分布中，該中間 光分布具有封閉的照亮平面。次級光學單元具有物側的焦距，且主光學單元和次級光學單 元設置為使中間光分布以等于該焦距的間距在光程中位于次級光學單元之前。
[0004] 應產生具有明暗界限的光分布的光模塊的中間光分布在至少一個側上通過清晰 的邊棱來限定。
[0005] 次級光學單元為透鏡或反射器且具有物側的清晰平面，其特征在于，在其所在的 輪廓中清晰地在光傳播方向位于次級光學單元之后的光模塊的前部地帶成像。
[0006] 最近在機動車前照燈中越來越多地使用半導體光源，例如發光二極管（LED)來作 為光源。由于已經首先開始發展用于具有發光二極管的高級車的（信號）_照射燈，因此將 來應產生可選擇LED的中級車的近光燈和遠光燈。
[0007] 作為該發展的結果，產生了低成本近光燈和遠光燈光模塊的市場，該光模塊使用 LED作為光源。
[0008] 如今大多使用高效的LED近光燈來作為投射前照燈。在此兩級的光學單元首先產 生了作為光源使用的發光二極管的光出射面的真實中間圖像。為了產生足夠大的光通量， 將使用由多個發光二極管組成的所謂的陣列。在這個陣列中使用的單個LED的光出射面例 如為正方形的且具有約1毫米的邊棱長度。單個LED在陣列中這樣設置，使它們的光出射 面直接且實質上無間隙地鄰接，從而產生了外觀上連續的陣列的整體光出射面。不利的是， 在該光模塊中高價的投射透鏡和昂貴的LED陣列。
[0009] 在建造中實質上較為簡單的是反射系統，其中反射器在簡單的反射（1級光學單 元）產生了近光燈光分布。該光分布將作為光源的多個元素圖像的疊加而形成。在此將光 源通過無窮小的反射區域的成像理解為光源圖像。為了將光源圖像疊加成均勻的光分布， 光源自身同樣應具有均勻的光密度。此外光源需要清晰的邊界，憑借該邊界的成像來產生 近光燈光分布的清晰的明暗界限。因此簡單、低成本的反射光學單元需要昂貴的LED陣列 作為光源。
[0010] 使用多個單獨的，彼此間隔設置的LED (例如：SMD-LED，SMD :表面貼裝設計）來代 替LED陣列，因此LED芯片之間的間隙且因此特別是光出射面之間的間隙導致光分布中的 暗條紋。
[0011] 嘗試通過反射器表面上的色散光學單元來使光分布出現的條紋消失，從而得到均 勻的光分布，但最大照明強度至少與芯片寬度和芯片寬度與芯片間距之和成比例地減小。
[0012] 由于單個芯片的公差、同樣結合色彩轉變的磷光體，導致LED芯片一側從未真正 位于一條直線上，這在陣列的成像中導致不純的明暗界限。
[0013] 由于在反射系統中明暗界限并不像在投射系統中一樣通過遮光板的成像來產生， 而是由不同方向的光源圖像組合而成，因此與在投射系統中相比，在常規反射系統中光強 中心明顯更低地位于明暗界限之下。這影響了射程，因為通過幾乎位于明暗界限下方的明 亮區域的亮度下降而導致射程下降。同樣不利的是，通過反射系統不能在明暗界限上達到 像在投射系統中通常能夠達到的這樣高的照明強度梯度。


【發明內容】

[0014] 在此背景下，本發明的任務是披露一種盡可能緊湊的光模塊，其能夠憑借低成本 的SMD-LED來運行且不需要昂貴、體積龐大的投射透鏡。此外光模塊的效率關于近光燈光 分布的明暗界限邊棱上的照明強度且關于垂直于明暗界限的亮度分布的梯度的陡度接近 于投射模塊的效率。
[0015] 該任務通過權利要求1的特征來達成。本發明與作為假設公知的光模塊的區別在 于，光源的光出射面通過它們之間的間隔彼此隔開且主光學單元布置為這樣來分配從光源 發出的光，使中間光分布中的間隔不可識別。
[0016] 前述的多個光源優選實現為LED陣列。次級光學單元優選具有多個小平面，從而 產生多個光源側的焦點或一條焦線。同樣特別優選地，次級光學單元具有多個物側的焦點。
[0017] 在光程中位于中間光分布后方設置有作為次級光學單元的在構造上仍為磨成多 個小平面的反射器。該反射器優選這樣來布置，從中間光分布中產生完整的近光燈光分布， 其具有非對稱的上升。
[0018] 該反射器能夠通過具有相應焦點位置的磨成小平面的透鏡來替換。在一個可替換 的構造中，次級光學單元實現為磨成小平面的透鏡。通過在透鏡中與反射器相比更有利的 焦距與開口（光圈值）比來在該透鏡-次級光學單元中產生較小的色差。
[0019] 以此方式，中間光分布以有利的方式表現為替換光源，其具有無條紋外觀圖像所 需的特征且其可與低成本的反射系統一起用來產生規則一致的光分布。
[0020] 一個優選構造的特征在于，主光學單元對于每個光源都具有自身光學有效的子區 域，其中的每個都具有光出射面且其中該光出射面無間隙地彼此鄰接，且其中至少兩個相 鄰的光出射面這樣彼此鄰接，使兩個彼此鄰接的光出射面中的第一光出射面的至少一個側 邊棱與兩個彼此鄰接的光出射面中的第二光出射面的一個側邊棱位于一條直線上，從而兩 個對齊的邊棱形成共同的筆直邊棱。
[0021] 主光學單元優選為一體式的光學單元陣列，其中每個LED配備有作為會聚主光學 單元的光學有效子區域，且其中所有主光學單元通過它們的光出射面基本直接鄰接。至少 兩個光學單元憑借它們的光出射面形成共同的筆直邊棱。
[0022] 同樣優選地，每個子區域為會聚透鏡。在這種情況下光學單元陣列優選由平凸透 鏡構成且優選由有機或無機玻璃或者由硅橡膠（LSR)組成。有機玻璃例如為聚甲基丙烯酸 甲酯（PMMA)，環烯烴共聚物（C0C)，環烯烴聚合物（C0P)，聚碳酸酯（PC)，聚砜PSU或聚甲基 丙烯酰亞胺（PMMI)。該透鏡陣列優選具有至少局部地位于一側上的筆直邊棱。為此會聚 透鏡陣列在邊棱上至少局部地通過平坦的側表面來限定，發出光的一部分在該側表面上反 射。可替換地，該邊棱也能夠通過遮光板來形成，其在光程中直接位于透鏡陣列的光出射面 之前。
[0023] 優選可替換地，每個子區域為反射器。在這種情況下，主光學單元優選形成為反射 器陣列，其由自身朝向光輸出錐形放大的反射器構成，反射器在平面（LED的主發光方向垂 直于該平面）中優選具有正方形或矩形橫截面。優選地，反射器具有截棱錐的形狀。同樣 優選地，反射器陣列由金屬化耐高溫的塑料制成，特別是由熱塑性塑料制成。非常適合的耐 高溫的熱塑性塑料例如為聚醚醚酮、聚醚酰亞胺或聚砜。金屬化例如由鋁、銀、鉬金、金、鎳、 鉻、銅、錫或包含這些金屬的合金組成。接著金屬化優選通過透明層密封。
[0024] 能夠在塑料體上多位置涂層來代替金屬化。在多位置涂層中交替組合多個低折射 率和高折射率的層。在鏡面金屬或多位置涂層之下能夠設置作為發射屏障的其他金屬層。 該金屬層例如作為厚的銅或鎳層在反射器陣列的塑料體上沉淀且因此形成對于由LED的 發光而引起的熱負荷的保護。
[0025] 在反射器陣列和LED之間能夠設置隔熱板，其遮住由LED發出到達反射器體背側 上的光線且因此阻止了反射器材料的熱過載。反射器陣列優選具有作為相鄰反射器-子區 域的一行光出射面的邊棱的至少一個筆直邊棱。
[0026] 作為其他可替換同樣優選地，每個子區域為光導體。
[0027] 在這種情況下，主光學單元優選形成為光導體陣列，其由自身朝向光輸出錐形放 大的光導體組成，光導體在平面（LED的主發光方向垂直于該平面）中優選具有正方形或矩 形橫截面。單個光導體-子區域的光進入面分別優選設置為平坦的且平行于所屬LED的芯 片平面。由此與在凸穹形中相比，更多的由LED發出的光通量耦合到光導體-子區域中。此 外通過折射已經產生了一定的束集。通過在光導體側壁上的反射進行其他的束集，這通過 自身朝向光輸出放大的形狀來引起。在側壁上進行的反射與光導體的不同在于透鏡，其同 樣是透明的固體。在透鏡中僅通過折射、而不通過側壁上的反射來進行光的方向變化。
[0028] 同樣優選地，單個光導體的光出射面為外凸穹形。由此在光輸出中獲得束集效應。 該光導體陣列優選由以上稱為透鏡材料的材料制成。光導體陣列具有至少一個筆直邊棱， 其由相鄰光導體-子區域的單個光出射面的對齊的彼此相鄰的邊棱組合成。
[0029] 另一個優選構造的特征在于，光模塊具有遮光板，其在光線的光程中直接位于光 出射面之后這樣設置，使其遮住中間光分布的一部分。
[0030] 該遮光板簡化了中間光分布的清晰的明暗界限的生成，這有利于最終在光模塊的 前部地帶待產生的規則一致的光分布的清晰度。遮光板在優選構造中通過模制作為主光學 單元上的插入件或兩部分組成的注塑件，這帶來了遮光板和主光學單元之間的較小公差的 優點。
[0031] 同樣優選地，次級光學單元具有至少一個凹面鏡反射器。凹面鏡反射器具有特別 是與透明固體（例如透鏡）相比或與具有全內反射工作的次級光學單元相比具有較低成本 和較輕中量的優點。
[0032] 為了獲得明暗界限良好的清晰度以及因此獲得高照明強度梯度，所有的反射器優 選在光程中這樣設置，使光程在各個反射器上始終以盡可能小的銳角（〈90° )折疊。替換 光源的元素圖像幾乎不通過該光程的銳角折疊角改變其定向，從而能夠產生具有良好均勻 性（在光分布中沒有縱向條紋）、高的光強中心（接近近光燈-明暗界限下方）以及清晰明 暗界限的近光燈光分布。
[0033] 進一步優選地，次級光學單元的光學表面劃分成較大的子區域和較小的子區域， 其中這樣來限定較大的子區域，即其具有第一物側的焦點，且兩個子區域在無窮處具有共 同的像側的焦點。
[0034] 由此該次級光學單元在無窮處產生了替換光源的成像且因此在光模塊的前部地 帶產生了一個光分布，其形狀取決于中間光分布的形狀且因此取決于替換光源的形狀且特 別是具有清晰的明暗界限（如果在中間光分布中也存在的話）。
[0035] 同樣優選地，凹面鏡反射器具有反射平面，其較大部分具有拋物線形狀，其中拋物 線形狀的焦點位于主光學單元的光出射面上。
[0036] 在此反射器的物側的焦點優選位于替換光源的邊棱上。為了產生近光燈光分布其 是替換光源的下邊棱。如所述的，該邊棱能夠額外地通過遮光板來遮住，從而阻止散射光到 達光分布的昏暗地帶內。
[0037] 如果次級光學單元具有多個反射器小平面，則其焦點優選同樣位于替換光源的邊 棱上。但它們優選根據小平面的位置定位于光源邊棱的不同末端。
[0038] 進一步優選地，次級光學單元由兩個鏡面組成，它們在光程中這樣前后設置，使得 它們將次級光學單元的光程兩次以銳角折疊且次級光學單元具有物側的焦點，其位于主光 學單元的光出射面上切其像點位于無窮處。
[0039] 通過以銳角的折疊，獲得所述非常清晰明暗界限的優點，因為該銳角使替換光源 的圖像的定向基本上保持不變地平行于明暗界限。
[0040] 兩次折疊開放了該可能性，即縮短光模塊的空間且提供了對于光模塊的元件的結 構其他自由度。由此能夠特別地實現尤其緊湊的光模塊。此外，當光源在行駛方向向前發 光且光源通過冷卻體向后散熱時，其提供了結構上的優點：這樣的光源能夠以簡單的方式 從前照燈的背側來更換。冷卻體同樣能夠在光模塊的背側上較簡單地通風，這改善了冷卻 效率。通過緊湊的結構產生了額外的優點，光模塊的重心鄰近于光出射面，這簡化了光模塊 對于照明距離調節和/或動態隨動轉向燈的機械轉動。
[0041] 因此光程的折疊同樣是有利的，因為折光力在提出的光學系統中分布在主光學單 元和次級光學單元上，從而能夠得到具有較小折光力、即具有較長焦距（焦距為在單級系 統中的2-3倍）的次級光學單元。這因此是有利的，因為通過關于開口而言非常長的焦距 能夠得到對于公差非常不敏感的光學單元。此外，所有芯片圖像具有大致相同的大小和定 向。
[0042] 同樣優選地，在光傳播方向在光程中的第一鏡面具有雙曲面且第二鏡面具有作為 反射面的拋物面，其中雙曲面的物側的焦點形成次級光學單元物側的焦點且雙曲面像側的 焦點與拋物面的焦點重合且標出中間光分布的虛擬中間圖像的位置。
[0043] 同樣優選地，次級光學單元在無窮處具有多個物側的焦點以及一個或多個共同的 像側的焦點或焦線。
[0044] 進一步優選地，兩級次級光學單元的第一鏡面具有雙曲面或作為雙曲面特例的平 面鏡，且第二鏡面具有磨成小平面的拋物面，其中雙曲面的物側的焦點形成次級光學單元 物側的焦點且其中雙曲面像側的焦點標出了中間光分布的虛擬中間圖像的位置且其中后 方設置的拋物面小平面這樣來布置，使得在中間光分布的虛擬圖像的邊棱上聚焦。
[0045] 同樣優選地，兩級次級光學單元的第一鏡面具有磨成小平面的雙曲面或作為其特 例的磨成小平面的平面鏡且第二鏡面具有拋物面，其中雙曲面的物側的焦點形成次級光學 單元的物側的焦點且其中雙曲面的像側的焦點標出了中間光分布的虛擬中間圖像的位置 且其中在光程中后方設置的拋物面小平面在中間光分布的虛擬圖像的邊棱上聚焦。
[0046] 另一個優選構造的特征在于，兩個鏡面具有多個物側的焦點，它們位于中間光分 布的邊棱上且它們的像點或它們的像線在無窮處位于光分布的明暗界限上，其中兩個鏡面 平面這樣來形成，使位于物側焦點和其像點或像線之間的所有光學路徑一樣長。
[0047] 在該構造中兩級光學單元的兩個鏡面不是基于錐形截面且不提供替換光源的無 失真的中間圖像。但光學系統具有多個物側的焦點，它們位于主光學單元光出射面的邊棱 上且它們的像點或像線在無窮處位于光分布的明暗界限上。
[0048] 由偏轉光學單元64和次級光學單元12組成的光學系統不是必須提供清晰的虛擬 中間圖像66,因為中間圖像的像差（不清晰，失真，開口誤差）能夠通過下游的次級光學單 元12重新補償。
[0049] 從說明書和附圖中得出其他優點。
[0050] 應理解，上述以及下述還要描述的特征不僅可用于各個給出的組合，還可以用于 其他組合或單獨使用，而不會脫離本發明的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0051] 在附圖中示出并且在以下說明書中進一步描述本發明的實施例。其中，分別以示 意圖的形式使出：
[0052] 圖1根據本發明的光模塊的實施例，具有位于次級光學單元下方的替換光源；
[0053] 圖2根據本發明的光模塊的實施例，具有位于次級光學單元上方的替換光源；
[0054] 圖3a_3d由電路板、LED和包括作為反射器實現的子區域的主光學單元組成的組 件的不同視圖；
[0055] 圖4a_4g由電路板、LED和包括作為會聚透鏡實現的子區域的主光學單元組成的 組件的不同視圖；
[0056] 圖5a_5d由電路板、LED和包括作為光導體實現的子區域的主光學單元組成的組 件的不同視圖；
[0057] 圖6a_6b根據本發明的光模塊的實施例的透視圖，其具有在額外偏轉鏡上折疊的 光程；
[0058] 圖7a_7b具有不同偏轉鏡構造的圖6中的對象，分別以側視圖；
[0059] 圖8a_8b根據圖1和圖2的可替換例的替換光源的結構的根據本發明的光模塊的 兩個構造的前視圖；
[0060] 圖9a_9b由根據本發明的光模塊的實施例在光模塊的前部地帶產生的近光燈光 分布以及光源圖像的示意圖，由它們組合成近光燈光分布。

【具體實施方式】
[0061] 相同的附圖標記在附圖中表示相同或至少其功能相同的元件。
[0062] 圖1詳細示出了作為根據本發明光模塊14實施例的由光源組件10和次級光學單 元12組成的空間結構。在此出于清晰原因且因為其對于本發明的理解以及對于本發明的 可實施性也不重要，因此并未示出在空間中限定和固定該結構的保持結構。圖1的圖示就 這方面來說著眼于光模塊的光學元件。這同樣適用于其他附圖。
[0063] 光源組件10和次級光學元件12在此這樣設置，使它們在位于光模塊前部地帶的 屏幕17上產生規則一致的光分布16。該光分布16在圖示的情況中具有局部水平延伸的明 暗界限18。
[0064] 在位于平坦地面上的機動車的機動車前照燈中按規定地使用光模塊14時，水平 明暗界限的車道附近的部分18. 1大致在機動車前方水平線的高度上或略低的位置（通常 0.57° )延伸。明暗界限在其上向上彎折的點大致位于車道縱軸的延伸中。通過該點延伸 的垂直線V在屏幕的一個點上切割水平線H，該點也表示為HV = (0, 0)。對于該光分布的 細節參考對于圖9a-9b的描述。
[0065] 光模塊14的光學系統配備有失狀面20和子午面22。失狀面20在水平線Η的高 度中平行于車道。子午面22由垂直線V的方向和光模塊14的光學軸限定，該光學軸穿過 HV =(0,0)的點。
[0066] 光源組件10具有冷卻體24和包括設置在其上的SMD-LED28和所屬的主光學單元 的電路板26。SMD-LED與所屬的主光學單元30放大圖示為細節Ζ。
[0067] SMD-LED28按建筑類型設置為使其光出射面非無間隙地鄰接。由該SMD-LED28發 出的光通過主光學單元30這樣束集，使得在主光學單元30的無縫的彼此一字排開的光出 射面上出現連續密封的中間光分布。該用作替換光源的中間光分布接著由次級光學單元12 作為近光燈光分布16再現于遠離光模塊14的屏幕17上。主光學單兀30的下邊棱32作 為近光燈光分布的明暗界限而成像。
[0068] 次級光學單元12的反射器平面由多個反射器小平面12. 1、12. 2、12. 3組成，它們 例如至少在它們的反射平面的區域中實現為旋轉拋物面。該區域分別接納小平面的反射平 面的較大部分。用于不同小平面的不同拋物面具有不同的焦點34, 36,它們均位于主光學單 元30的光出射面的下邊棱32上。焦點34, 36優選位于主光學單元30的角上。子午面22 將光學系統劃分成兩個半空間。如果光源從下發射到第二鏡面，則鏡面小平面以及其焦點 位于相同的半空間。旋轉拋物面的軸（反射器小平面基于該軸）在方向上具有近光燈-明 暗界限18。在該實施例中，光源邊棱成像為規則一致光分布的明暗界限。
[0069] 作為圖1中示出的光模塊14的典型光束以下將觀察到由光模塊的光程組成的主 光束38,其在子午面22中延伸。
[0070] 單個LED的主發光方向優選彼此平行且就此而言是一致的。觀察到的光束38在 光源28的主發光方向延伸穿過主光學單元30的光出射面的下邊界且在次級光學單元12 的反射器平面的方向傳播。主光束38在反射器平面上以銳角（〈90° )反射且在光分布16 的明暗界限18的一個點上在區域Η = 0°中偏轉，其垂直組份通常為V =-0.57°。
[0071] 圖2中對象與圖1中對象的不同之處在于，光源10從上射入次級次級反射器12。 子午面22將光學系統的空間劃分成兩個半空間。如果光源從上射向反射器，則拋物小平 面的焦點像反射器小平面一樣始終位于子午面22的另一側上，這與圖1相比通過在細節Y 中從右向左互換的焦點34, 36來說明。通過光源的其他結構來使各個反射器小平面的焦點 34, 36的側面互換。同時圖2整體上示出具有非對稱明暗界限18的LED-近光燈模塊。
[0072] 主光學單元30在本發明中的任務在于，在一個平面上產生清晰限定的、無條紋的 且就此而言作為替換光源的合適的中間光分布，其由次級光學單元12在規則一致的光分 布18種清晰地成像。為此主光學單元30必須特別地由SMD-LED28的非無間隙地相鄰的光 出射面產生封閉地連續照亮的表面。
[0073] 為此目的SMD-LED28設置在一個或多個平行行中。在光程中LED-陣列前方設置 由會聚透鏡、反射器或錐形光導體組成的光學陣列30,從而盡可能均質且均勻地照亮光出 射面且發射的光束不具有空隙。
[0074] 圖3a_3d示出由反射器組成的主光學陣列30。反射器子區域40在此實現為由一 體式的基體42組成的彼此無間隙鄰接的凹槽。圖3b示出由電路板26和反射器-子區域 40組成的組件的透視圖，該反射器-子區域遮蓋所屬的LED。圖3a示出穿過該組件的截面， 其在串聯結構的方向上延伸。圖3d示出穿過該組件的截面，其垂直于串聯結構延伸且圖3c 示出所述截面的俯視圖和位置。
[0075] 反射器-子區域在此具有矩形的，特別是正方形橫截面。單個反射器40的光出射 面無間隙地連接且因此無間隙地彼此串聯且限定了具有清晰、筆直邊棱44的合成照亮表 面。每個SMD-LED28都配備有一個反射器40。反射器40的中點以及光源28的光出射面的 中點具有相同的間距。反射器40的串聯結構在此具有像LED28的串聯結構一樣的間隔。
[0076] 在一個構造中，在反射器-子區域和LED之間設置有隔熱板46,其保護光學陣列 30的反射器-子區域40的背側免受照射。自然，隔熱板46通過SMD-LED28的光出射面中 斷，從而允許光輸出。
[0077] 特別地，圖3a，3b和3d清楚地示出由自身朝向光輸出錐形放大的具有正方形或矩 形橫截面的反射器40組成的陣列，其中這樣的橫截面設置為垂直于光學軸且因此垂直于 LED28的主發光方向。反射器-子區域40優選具有圖示的截棱錐的形狀。如在圖3a-3d中 所示，反射器-子區域40以及它們各自一對一配備的光源28設置在一個或多個行中。此 夕卜，反射器-子區域40彼此相同且它們的光出射面彼此無間隙地鄰接，從而它們的光出射 面通過至少一條直線44來限定。圖3b特別地示出成像為明暗界限的反射器串聯結構的光 出射面的下邊棱44。圖4a-4g特別地示出次級光學單元12的焦平面48,其位于具有中間 光分布的平面中，該中間光分布作為反射器40的光出射面而產生。
[0078] 圖4a_4g示出了可與圖3a_3d對比的對象。與圖3a_3d種對象不同之處在于，主 光學陣列50由會聚透鏡構成。會聚透鏡子區域50在此實現為一體式的透明基體52的彼 此無間隙地鄰接的子區域。一體式的基體52優選由所述材料中的一種構成。
[0079] 圖3b示出由電路板26和會聚透鏡-子區域50以及所屬的LED28組成的組件的 透視圖。圖3a示出穿過該組件的截面,其在串聯結構的方向中延伸。圖3d示出穿過該組 件的截面，其垂直于串聯結構延伸且圖3c示出所述截面的俯視圖和位置。
[0080] 每個光源28都一對一地配備有會聚透鏡子區域50。對比圖4c。透鏡陣列至少在 一個邊棱上至少局部地通過平坦的側表面54限定，光程的一部分在該側表面上反射。這在 圖4d種可清楚地看出。
[0081] 可替換地，該邊棱54也可通過遮光板56形成，其在光程中直接設置在透鏡陣列的 光出射面之前。這在圖4e和4f種示出。
[0082] 圖4e示出由帶有額外遮光板56的會聚透鏡59組成的主光學陣列。其遮蓋主光學 單元的邊棱，從而盡可能清楚地限定光出射面。通過遮光板遮住所有在光出射面散射經過 的光，從而使遮光板產生光出射面特別清晰的限定。在這種情況下，次級光學單元盡可能直 接地聚焦在遮光板邊棱。如果應產生具有至少局部水平延伸的明暗界限的近光燈光分布， 則遮光板邊棱沿著主光學單元的光出射面的下邊棱延伸，憑借其幫助通過次級光學單元接 著形成光分布的明暗過渡。
[0083] 中間光分布在透鏡陣列中位于透鏡體的區域中。次級光學單元的焦點在圖4f種 位于遮光板54的邊棱。具有透鏡陣列的實施方式是優選的。
[0084] 遮光板也能夠與本申請中提出的其余的主光學單元的構造一起使用。
[0085] 如在圖4a_4g中所示，會聚透鏡-子區域50也像它們各自一對一配備的光源28 一樣設置在一個或多個行中。此外，會聚透鏡-子區域50彼此相同且它們的光出射面無間 隙地彼此鄰接，從而它們的光出射面通過至少一條直線44來限定。
[0086] 圖4g示出由多個以LED芯片形式的半導體光源28和基體52的會聚該芯片的光 的會聚透鏡子區域50組成的對的結構。基體52的間隔表示為T。間隔T相當于單個會聚 透鏡子區域50的寬度以及相鄰LED芯片28的中點的間距。LED芯片28的邊棱長度表示 為。虛擬LED芯片表示為28'。虛擬LED芯片28'的邊棱長度表示為B\ ED。會聚透鏡 子區域50的物側焦點表示為F且會聚透鏡子區域50的主點表示為H。透鏡的主點Η定義 為透鏡的主平面與光學軸的交點。根據本發明的光模塊1的次級光學單元4優選聚焦到會 聚透鏡子區域50的主點Η，優選聚焦到在光模塊的光學軸附近的會聚透鏡子區域50的主點 Η上。附圖標記f表示會聚透鏡子區域50的焦距且SF表示會聚透鏡子區域50的后截距。 LED芯片28和會聚透鏡子區域50的光進入面之間的間距表示為Si，虛擬芯片-圖像28'和 會聚透鏡子區域50的光進入面之間的間距表示為S 2。
[0087] LED芯片28位于會聚透鏡子區域50和氣物側的焦點F之間。LED芯片28通過會 聚透鏡子區域50這樣放大，使芯片（在光輸出方向的物側透鏡焦點F前方）的（筆直的） 虛擬圖像28'大致與會聚透鏡子區域50 -樣大，即B' _?T。對于規定的大小大致適用 以下關系： Sf-Si Bled Bled -i-. 1? μ-I iss
[0088] λ rm 1 Sf ? B led
[0089] 0,1mm < Si < 2mm
[0090] 1xBled 彡 T 彡 4xBled
[0091] 基體52的會聚透鏡子區域50不僅用于產生光源28的實際中間圖像，而且僅使發 光表面在會聚透鏡子區域50的光出射面25上成像。光源28這樣設置在會聚透鏡子區域 50的光進入面和會聚透鏡子區域50物側的焦點F之間，使光源28的邊棱位于從焦點F到 透鏡邊棱幾何連接。光源28的發光表面垂直于會聚透鏡子區域50的光學軸。由此產生了 會聚透鏡子區域50的非常均勻的照亮，且在會聚透鏡子區域50的光出射面上產生非常均 勻的光分布，即所述的中間光分布。該中間光分布通過次級光學單元成像用于在機動車前 方的車道上產生光模塊的合成整體光分布。基體52的單個會聚透鏡子區域50的光學軸都 在一個平面中優選彼此平行地延伸。次級光學單元的軸在朝向基體52的側上平行于至少 一個會聚透鏡子區域50的軸。LED特別地在其各自的會聚透鏡子區域和其旁軸焦點之間這 樣設置，使得產生無間隙的中間光分布，其由單個芯片的光出射面的虛擬圖像組合而成。應 當指出，來自LED的光在此首先發射到空氣中，接著落到所屬的會聚透鏡子區域。這是與現 有技術的不同之處，其中使用具有透明澆鑄材料的LED，其中該澆鑄可能發揮透鏡效應。
[0092] 圖5a_5d示出主光學單元陣列的其他構造。在圖5a_5d的情況中，主光學單元陣 列由自身朝向光輸出錐形放大的光導體60組成，該橫截面垂直于光導體中的光的主傳播 方向且因此垂直于各自光學軸定向且為矩形的，特別是正方形的。單個光導體60的光出射 面62彼此無間隙地串聯且限定了具有清晰、筆直邊棱44 (在此為下邊棱44)的合成照亮表 面。每個LED28 -對一地配備有光導體60。
[0093] 光進入面優選是平坦的且平行地位于LED芯片前方。光導體60像所屬的光源一 樣設置在一個或多個行中，從而再次通過至少一條直線44來限定光出射面。光出射面優選 為外凸穹形。光導體陣列優選由上述材料中的一種制成。光導體陣列優選由一體式的基體 制成，其具有作為導光的子區域的光導體。
[0094] 對于作為由反射器-子區域40、會聚透鏡-子區域50和光導體-子區域60組成 的陣列的主光學單元陣列的所有三個構造都適用的是，各個子區域的光出射面的組合形成 封閉的、連續的中間光分布和替換光源。
[0095] 如果忽略由吸收和菲涅爾反射帶來的損失，則替換光源具有和單個LED的芯片類 似的光密度。因此這樣的替換光源在其整個光出射面上具有和單個LED-樣的均勻分布的 光密度和類似的發射角度。因此以下和LED-陣列一樣地對待替換光源。
[0096] 這樣形成的光分布用作下游次級光學單元的替換光源，該次級光學單元為會聚透 鏡或優選為至少局部具有拋物線反射面的反射器且其憑借替換光源的幫助形成近光燈光 分布。
[0097] 替換光源應盡可能和近光燈光分布的明暗界限類似地定向（即至少局部水平 地），從而得到非常清晰的明暗界限（較高的照明強度梯度）。出于這個原因，所有的反射 器在光程中這樣設置，使光程在各個反射器上始終以盡可能的銳角（〈90° )折疊且替換光 源的圖像的定向基本上保持不變地平行于明暗界限。
[0098] 次級光學單元優選為磨成小平面的拋物線反射器。該反射器在光程中這樣設置， 使替換光源從前方發射到反射器中，從而使光程以銳角偏轉。反射器的至少一個焦點在此 位于替換光源的邊棱上。如所描述的，該邊棱能夠額外地通過遮光板遮蓋，從而阻止散射光 到達光分布的昏暗地帶內。
[0099] 如果次級光學單元具有多個反射器小平面，則其焦點在此位于替換光源的邊棱 上，但根據小平面的位置優選在光源邊棱的不同末端上定位：
[0100] 如果光源從下發射到反射器中，則各個拋物線小平面的焦點始終在相同的由子午 面限定的半空間中。如果光源從上發射到反射器中，則拋物線小平面的焦點始終像反射器 小平面自身一樣位于子午面的其他側上。
[0101] 由此保證了，替換光源的圖像始終通過下一個角連接到近光燈-明暗界限且沒有 光源圖像的部分進入光分布的昏暗地帶。
[0102] 次級光學單元并未聚焦到LED的芯片平面，而是聚焦到主光學單元的光出射面的 下邊棱。當沿著光出射面的邊棱設置遮光板時，能夠特別清晰地限定光出射面，該遮光板遮 住所有在光出射面上散射經過的光。
[0103] 在這種情況下，次級光學單元盡可能直接地聚焦到遮光板邊棱。如果應產生具有 至少局部水平延伸的明暗界限的近光燈光分布，則遮光板邊棱沿著主光學單元的光出射面 的下邊棱延伸，憑借其幫助通過次級光學單元接著形成光分布的明暗過渡。
[0104] 次級光學單元的反射器平面優選由多個反射器小平面組成，其分別具有實現為旋 轉拋物面的平面。不同的拋物面具有不同的焦點，它們均位于主光學單元的光出射面的下 邊棱上且實際上優選位于其邊棱（角）上，其中焦點像隸屬的小平面表面一樣位于相同的 半球體上。
[0105] 旋轉拋物面的軸（反射器小平面基于該軸）在方向上具有近光燈-明暗界限。因 此光源邊棱成像為光分布的明暗界限。
[0106] 在一個構造中，反射器小平面替換旋轉拋物面而實施為環面：為此
[0107] 旋轉拋物面的曲線在截面中平行于明暗界限（或向著明暗界限的一部分）通過拋 物面的焦點這樣提升或降低，使替換焦點而產生焦線，其平行于近光燈-明暗界限或向著 明暗界限的一部分延伸。同樣能夠通過散射的圓柱體光學單元得到散射，該圓柱體光學單 元應用在小平面表面上且其圓柱軸垂直于主光束和近光燈-明暗界限。
[0108] 如果應產生升高的非對稱近光燈-明暗界限，則通過反射器小平面來產生該升 高，該反射器小平面盡可能地鄰近于反射器表面的邊棱。以下將參考圖8a-8b進一步描述 細節。
[0109] 圖6a_6b示出根據本發明的光模塊14的構造，器具有偏轉鏡面，其額外地使光程 折疊。該措施用于縮短光模塊的空間且創造其他的自由度，從而能夠盡可能自由地設置光 模塊的元件。
[0110] 因此，當光源10在行駛方向（發光方向）向前發光且光源通過冷卻體24向后散 熱時，其提供了結構上的優點：這樣的光源能夠以簡單的方式從前照燈的背側來更換。冷卻 體同樣能夠在光模塊的背側上較簡單地通風，這改善了冷卻效率。通過緊湊的結構產生了 額外的優點，光模塊的重心鄰近于光出射面，這簡化了光模塊14的機械轉動。
[0111] 因此光程的折疊同樣是有利的，因為折光力在提出的光學系統中劃分到主光學 單元和次級光學單元上，從而能夠得到具有較小折光力，即具有較長焦距的次級光學單元 (焦距為在單級系統中的2-3倍）。
[0112] 偏轉鏡面64實施為雙曲面，其中該雙曲面同樣應明確包含平坦鏡面的特例。次級 光學單元12的所述特征在這種情況下與由偏轉鏡面64和次級光學單元12組成的光學系 統64,12有關，該光學系統通過一個或多個焦點聚焦到替換光源的下邊棱上。在此偏轉鏡 面64產生至少一個替換光源68的虛擬中間圖像66。
[0113] 替換光源68在此位于雙曲線偏轉鏡面的物側佩茲伐面上，而次級光學單元12的 焦點位于雙曲面的像側佩茲伐面上，即次級光學單元12替換聚焦于實際的替換光源68而 聚焦于其虛擬圖像66上。
[0114] 圖6a示出這樣的近光燈模塊14,其具有通過偏轉鏡面64額外折疊的光程。偏轉 鏡面64產生替換光源68的虛擬圖像66。次級光學單元12的焦點因此優選位于主光學單 元的角上，如結合圖1所描述的。但在圖6a的情況中，次級光學單元并未聚焦到實際的主 光學單元上，而是聚焦到用作替換光源66的主光學單元的虛擬圖像的角上。
[0115] 圖6b同樣示出近光燈模塊14,其具有通過偏轉鏡面64額外折疊的光程。該偏轉 鏡面64產生替換光源68的虛擬圖像66。次級光學單元12的焦點位于替換光源68的虛擬 圖像66的下邊棱44上。偏轉鏡面64縮短了組裝長度且因此實現了光模塊14特別緊湊的 結構類型。
[0116] 由偏轉光學單兀64和次級光學單兀12組成的光學系統優選這樣布置，條件 Σ>Π =恒定值適用于所有的光學路徑Si，這些光學路徑使通過額外的偏轉鏡面64兩部 分組成的次級光學單元的物側的焦點34, 36與共同的，位于無窮處的焦點連接。在一個構 造中，兩個鏡面中的至少一個具有一個或多個小平面。
[0117] 滿足條件:=恒定值的由偏轉鏡面64和次級光學單元12組成的光學系統 不是必須提供清晰的虛擬中間圖像66,因為中間圖像的像差（不清晰，失真，開口誤差）能 夠通過下游的次級光學單元12重新補償。
[0118] 關于偏轉鏡面64有五個不同的構造。在第一構造中，偏轉鏡面64為平坦的鏡面。 這在圖6a-6b中示出。
[0119] 圖7a示出具有偏轉鏡面64的第二構造，該偏轉鏡面內凹且在此具有會聚作用。 形狀優選為雙曲線形。由于會聚特性，該虛擬中間圖像66在此為替換光源68的放大圖像。 第一雙曲線焦點70位于實際替換光源68的實際主光學單元的下邊棱上。第二雙曲線焦點 72位于替換光源的虛擬中間圖像66的下邊棱上。
[0120] 圖7b示出具有偏轉鏡面64的第二構造，該偏轉鏡面外凸且在此具有散射作用。 形狀優選為雙曲線形。由于散射特性，該虛擬中間圖像66在此為替換光源68的縮小圖像。 第一雙曲線焦點70位于實際替換光源68的實際主光學單元的下邊棱上。第二雙曲線焦點 72位于替換光源68的虛擬中間圖像66的下邊棱上。
[0121] 就此而言，圖7a_7b示出具有作為偏轉鏡面64的雙曲面的構造，該偏轉鏡面具有 物側的焦點70和像側的焦點72且該偏轉鏡面還具有優選磨成小平面的次級光學單元，其 具有偏轉鏡面和另一個鏡面12,且該構造在無窮處具有多個物側的焦點和一個像側的焦 點。該次級光學單元12的焦點位于替換光源68的虛擬圖像66的下邊棱上。該圖像與平 坦鏡面的不同之處在于放大或縮小，取決于偏轉鏡面64是否為外凸或內凹的雙曲面。
[0122] 在一個未示出的第四構造中，光模塊具有多個平坦的偏轉鏡面小平面和包括單獨 物側焦點的次級光學單元。磨成小平面的偏轉鏡面劃分次級光學單元的光程且因此產生具 有多個焦點的光學系統，與在磨成小平面的拋物線反射器的情況類似。磨成小平面的偏轉 鏡面產生替換光源的多個互相移動的虛擬圖像。兩部分組成的次級光學單元的焦點如上所 述聚焦到替換光源的邊棱上。
[0123] 同時在一個并未示出的第五構造中，光模塊具有作為偏轉鏡面的磨成小平面的雙 曲面，其具有一個物側的焦點和多個像側的焦點。次級光學單元在這種情況下應具有一個 物側的焦點以及一個像側的焦點（后者在無窮處）。磨成小平面的雙曲面產生光源的互相 移動的、放大（內凹雙曲面鏡）或縮小（外凸雙曲面鏡）的虛擬圖像，取決于雙曲面鏡是否 為外凸或內凹地形成。
[0124] 圖8a_8b示出光模塊的構造的前視圖，如提供給觀察者的，該觀察者在光模塊的 發光方向位于光模塊之前且看向光模塊內。在圖8a的情況以及在圖8b的情況中用作次級 光學單元的反射器至少在其反射器表面的區域中具有包括三個小平面的拋物線形，該區域 大于其整個反射表面的一半。
[0125] 圖8a特別地示出一個構造，其中小平面12. 1在視線右方的反射器邊棱上產生光 分布16中明暗界限的非對稱升高18. 2。小平面12. 1特別地這樣設置，使光源圖像在升高 的方向傾斜。由此下平面12. 1產生具有一個定向的光源圖像，該定向在光源圖像的組合中 產生明暗界限期望的升高。在圖8a示出的例子中適合于靠右行駛。如果光源如在圖8a的 對象中一樣從下發射到反射器中，則小平面12. 1并不像升高18. 2 -樣位于子午面的相同 偵k小平面邊棱局部地垂直于該升高延伸。
[0126] 圖8b特別地示出一個構造，其中小平面12. 3正在左側反射器邊棱上產生光分布 中明暗界限的非對稱的升高。如果光源如在圖8b的對象中一樣從上發射到反射器中，則小 平面12. 3并不像升高18. 2 -樣位于子午面的相同側。小平面邊棱局部地垂直于該升高延 伸。
[0127] 圖9b示出根據本發明的光模塊的構造的近光燈光分布，如在位于機動車前方的 屏幕上出現的一樣。水平線Η位于水平線的高度上。垂直線V在光模塊的主發光方向的延 伸中縮短了水平線。點HV =(0,0)的偏移分別在角度中給出。封閉曲線分別為恒定亮度 的直線，其中直線到直線的亮度從外向內增加。點HV =(0,0)右側出現的升高表示，用于 右側行駛的光模塊。
[0128] 圖9a說明了，如在圖9b中示出的光分布作為光源圖像74的疊加而產生。每個光 源圖像由次級光學單元的反射表面的一小部分生成。就此而言圖9a的圖示純粹是示意性 的。光源圖像主要是水平地或平行于明暗界限來定向。與此相反，產生升高的小平面這樣 來布置，使其提供光源圖像，其邊棱平行于升高的期望走向。
[0129] 主光學單元使光出射面增大一個系數，其大致相當于光學陣列的間隔與單個芯片 的側面長度的商。這是由均勻亮度的替換光源導致的。次級光學單元的焦距優選相當于單 個芯片的側面長度的50倍-200倍，特別地是該側面長度的80倍-100倍。
【權利要求】
1. 一種機動車前照燈的光模塊（14)，具有多個作為光源（28)的發光二極管、主光學單 元（30)以及次級光學單元（12)，其中主光學單元布置為會聚從所述光源發出的光線并且 轉移到中間光分布￠8)中，該中間光分布具有封閉的照亮平面的形狀，且其中次級光學單 元具有物側的焦距，其中，主光學單元和次級光學單元設置為使中間光分布以等于該焦距 的間距在光程中位于次級光學單元之前， 其特征在于， 所述主光學單元為一體式的、由會聚透鏡子區域構成的基體，并且發光二極管的芯片 位于會聚該發光二極管的光的會聚透鏡子區域和其物側的焦點之間，其中，所述光源（28) 的光出射面通過它們之間的間距彼此隔開，并且所述主光學單元布置為這樣來分配從光源 發出的光，使得在中間光分布中￠8)看不見所述間距。
2. 根據權利要求1所述的光模塊（14)，其特征在于，所述主光學單兀（30)對于每個光 源都具有自身的光學有效的子區域，其中的每個都具有光出射面，并且其中該光出射面無 間隙地彼此鄰接，并且其中，至少兩個相鄰的光出射面這樣彼此鄰接，使兩個彼此鄰接的光 出射面中的第一光出射面的至少一個側邊棱與兩個彼此鄰接的光出射面中的第二光出射 面的一個側邊棱位于一條直線上，從而兩個對齊的邊棱形成共同的筆直邊棱（44)。
3. 根據權利要求2所述的光模塊（14)，其特征在于，每個子區域為一個會聚透鏡（50)。
4. 根據權利要求2所述的光模塊（14)，其特征在于，每個子區域為一個反射器（40)。
5. 根據權利要求2所述的光模塊（14)，其特征在于，每個子區域為一個光導體（60)。
6. 根據前述任一項權利要求所述的光模塊（14)，其特征在于，光模塊具有遮光板 (56)，其在光的光程中這樣直接設置在光出射面的后方，使所述遮光板遮住中間光分布的 一部分。
7. 根據前述任一項權利要求所述的光模塊（14)，其特征在于，次級光學單元具有至少 一個凹面鏡反射器（12)。
8. 根據權利要求7所述的光模塊（14)，其特征在于，次級光學單兀的光學表面劃分成 較大的子區域和較小的子區域，其中這樣來限定較大的子區域，即其具有第一物側的焦點， 且兩個子區域在無窮處具有共同的像側的焦點。
9. 根據權利要求7所述的光模塊（14)，其特征在于，凹面鏡反射器具有反射平面，其較 大部分具有拋物線形狀，其中拋物線形狀的物側的焦點位于主光學單元的光出射面上。
10. 根據權利要求7所述的光模塊（14)，其特征在于，次級光學單元由兩個鏡面組成， 它們在光程中這樣前后設置，使得它們將次級光學單元的光程兩次以銳角折疊且次級光學 單元具有物側的焦點，其位于主光學單元的光出射面上，并且其像點位于無窮處。
11. 根據權利要求10所述的光模塊（14)，其特征在于，在光傳播方向在光程中的第一 鏡面￠4)具有雙曲面且第二鏡面具有拋物面（12)，其中雙曲面的物側的焦點形成次級光 學單元物側的焦點且雙曲面像側的焦點與拋物面的焦點重合，且標出中間光分布的虛擬中 間圖像的位置。
12. 根據前述任一項權利要求所述的光模塊（14)，其特征在于，次級光學單元在無窮 處具有多個物側焦點以及一個或多個共同的像側焦點或焦線。
13. 根據權利要求10或11所述的光模塊（14)，其特征在于，兩級的次級光學單元的第 一鏡面（64)具有雙曲面或作為雙曲面特例的平面鏡，且第二鏡面（12)具有磨成小平面的 拋物面，其中雙曲面的物側的焦點形成次級光學單元物側的焦點且其中雙曲面像側的焦點 標出了中間光分布的虛擬中間圖像的位置且其中后方設置的拋物面小平面這樣來布置，使 得在中間光分布的虛擬圖像的邊棱上聚焦。
14. 根據權利要求10或11所述的光模塊（14)，其特征在于，兩級的次級光學單元的第 一鏡面（64)具有磨成小平面的雙曲面或作為其特例的磨成小平面的平面鏡，且第二鏡面 (12)具有拋物面，其中雙曲面的物側的焦點形成次級光學單元的物側的焦點，且其中雙曲 面的像側的焦點標出了中間光分布的虛擬中間圖像的位置，且其中在光程中后方設置的拋 物面小平面在中間光分布的虛擬圖像的邊棱上聚焦。
15. 根據權利要求10或11所述的光模塊（14)，其特征在于，兩個鏡面￠4,12)具有多 個物側的焦點，它們位于中間光分布的邊棱上且它們的像點或它們的像線在無窮處位于光 分布的明暗界限上，其中兩個鏡面平面這樣來形成，使位于物側焦點和其相應的像點或像 線之間的所有光學路徑一樣長。
【文檔編號】F21Y101/02GK104121533SQ201410175762
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月28日 優先權日:2013年4月29日
【發明者】M·布倫德勒 申請人:汽車照明羅伊特林根有限公司